[發明專利]一種機電一體化高壓直流斷路器的開斷方法

有效

• 申請號: 201310485123.4
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103532091A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 馬釗;安婷;邱宇峰
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院
• 主分類號: H02H3/087
• 分類號: H02H3/087
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

1.一種機電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于：所述機電一體化高壓直流斷路器包括超快速機械開關、電力電子開關和避雷器，所述超快速機械開關和電力電子開關串聯后，與所述避雷器并聯；所述控制方法包括以下步驟：

步驟1：當高壓直流側發生短路故障、電流和電流上升陡度達到相應的開斷設定值時，超快速機械開關的操作機構立即動作，以超快的剛分速度使觸頭分離，形成物理間隙并產生電弧，隨即給電力電子開關發出開斷指令；

步驟2：電力電子開關快速開斷短路電流，使超快速機械開關觸頭間的電弧熄滅形成隔離斷口，超快速機械開關承受高電壓，電力電子開關不承受高電壓；

步驟3：當超快速機械開關觸頭分離至最終分閘位置且避雷器中的電流衰減為零時，所述機電一體化高壓直流斷路器完成整個開斷過程，將高壓直流輸電電網與故障線路隔離。

2.根據權利要求1所述的機電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于：所述超快速機械開關包括觸頭、滅弧室和操作機構；超快速機械開關在額定電流時保持合閘，當高壓直流側發生故障時，電流迅速上升，當電流和電流上升陡度達到相應的開斷設定值時，操作機構動作使觸頭分離，形成物理間隙并產生電弧，隨即給電力電子開關發出開斷指令，超快速機械開關觸頭繼續分離至最終分閘位置，在分離過程中，當電力電子開關開斷后，超快速機械開關的電流過零，電弧熄滅形成隔離斷口，并承受額定電壓。

3.根據權利要求2所述的機電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于：所述超快速機械開關采用利用電磁斥力操動機構的機械快速開關，或機械快速開關與觸發間隙組成的快速混合開關的操動機構的快速機械開關。

4.根據權利要求1所述的機電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于：所述電力電子開關由至少兩個絕緣柵雙極型晶體管或碳化硅電力電子元件串聯而成；絕緣柵雙極型晶體管的尺寸和個數或碳化硅電力電子元件的個數分別根據其額定電壓和電流確定。

5.根據權利要求4所述的機電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于：所述電力電子開關在正常運行狀態下，處于關合狀態，流過正常的負荷電流；當接到開斷指令后，快速開斷電流并將電流轉移到所述避雷器，使所述超快速機械開關觸頭間的電弧熄滅，達到開斷直流電流的目的。

6.根據權利要求4所述的機電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于：所述絕緣柵雙極型晶體管包括在N-襯底表面進行低濃度的N-離子注入形成的襯底，形成在襯底表面的柵極氧化層，淀積在柵極氧化層上的多晶硅柵極，形成在柵極氧化層與N-襯底之間的p+阱區及位于p+阱區與柵極氧化層之間的N+阱區，位于N-襯底下方的背面注入區，位于注入區下方的集電極及位于柵極氧化層上方的發射極，柵極氧化層下方的N-型襯底上設有一個濃P型阱區。

7.根據權利要求1所述的機電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于：所述避雷器為金屬氧化物避雷器，其具有非線性電阻的特性，用于能量吸收和暫態過電壓保護；在正常運行狀態下，其電阻很大，相當于開路狀態；當所述超快速機械開關和電力電子開關開斷后，將電流轉移到避雷器，因避雷器電阻隨著電流的增加而降低，從而可限制操作過電壓并吸收殘余能量。

8.根據權利要求7所述的機電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于：所述金屬氧化物避雷器包括數節避雷器單元，避雷器單元包括絕緣套和法蘭；所述絕緣套為兩層，內層為非瓷質絕緣材料的絕緣筒，外層為硅橡膠復合材料的傘套，絕緣筒上設置有壓力釋放口，在壓力釋放口上裝配有密封件；所述法蘭與絕緣筒之間以膠裝連接。